El estudio de la evolución humana depende en gran medida del análisis de fósiles y de la genética pero, por si solas, estas herramientas no sirven para comprender cómo se desarrolla el cerebro. Ahora, un estudio ha empleado una vía novedosa para averiguarlo: cultivar células madre para recrear la evolución de los cerebros de algunas especies. (ESPECIAL)
El estudio de la evolución humana depende en gran medida del análisis de fósiles y de la genética pero, por si solas, estas herramientas no sirven para comprender cómo se desarrolla el cerebro. Ahora, un estudio ha empleado una vía novedosa para averiguarlo: cultivar células madre para recrear la evolución de los cerebros de algunas especies.
La investigación, publicada en Science y liderada por el doctor Alysson R. Muotri de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego, intenta averiguar qué cambió para que los neandertales y denisovanos fueran tan distintos de nosotros, los humanos modernos.
Para ello, R. Muotri, que es experto en el desarrollo del cerebro y los trastornos neurológicos, decidió emplear células madre para hacer una reconstrucción evolutiva, ya que, al ser precursoras de otros tipos de células, las células madre se pueden usar para construir organoides cerebrales. Es decir, "minicerebros" en una placa de laboratorio.
Los organoides son pequeños grupos de células cerebrales formados por células madre que no son exactamente cerebros (por ejemplo, carecen de conexiones con otros sistemas de órganos, como los vasos sanguíneos) pero son modelos útiles para estudiar la genética, el desarrollo de enfermedades, y las respuestas a infecciones y a fármacos terapéuticos.
Muotri ya fue pionero en usar células madre para comparar a los humanos con otros primates, como chimpancés y bonobos, pero hasta ahora no se creía posible usar esta vía para hacer comparaciones con especies extintas.
Para hacer el estudio, el equipo catalogó las diferencias entre los genomas de diversas poblaciones humanas modernas y los neandertales y denisovanos, que vivieron en el Pleistoceno, hace aproximadamente entre 2.6 millones y 11,700 años.
Después, utilizaron células madre para crear organoides cerebrales "neandertales" que imitaban la mutación encontrada en un gen.
"Es fascinante ver que una alteración de un solo par de bases en el ADN humano puede cambiar el funcionamiento del cerebro", destaca Muotri.
"No sabemos exactamente cómo ni cuándo se produjo ese cambio en nuestra historia evolutiva pero parece significativo, y podría explicar algunas de nuestras capacidades modernas en el comportamiento social, el lenguaje, la adaptación, la creatividad y el uso de la tecnología".
El equipo encontró 61 genes distintos entre los humanos modernos y nuestros parientes extintos. Uno de ellos, el NOVA1, llamó la atención de Muotri porque es un regulador genético maestro que influye en muchos otros genes en el desarrollo temprano del cerebro.
Utilizando la edición genética CRISPR, crearon células madre humanas modernas con la mutación neandertal en NOVA1 y después convencieron a las células madre para que formaran células cerebrales y, en última instancia, organoides cerebrales de tipo neandertal.
Los organoides cerebrales neandertales tenían un aspecto muy diferente al de los organoides cerebrales humanos modernos, incluso a simple vista.
El equipo descubrió que los organoides cerebrales modernos y los neandertales también difieren en la forma en que proliferan sus células y en cómo se forman sus sinapsis, las conexiones entre neuronas; incluso las proteínas implicadas en las sinapsis son distintas.
Además, los impulsos eléctricos mostraban una mayor actividad en las fases más tempranas, pero no se sincronizaban en las redes de los organoides cerebrales de los neandertales.
Según Muotri, los cambios en las redes neuronales de los organoides cerebrales neandertales son paralelos a la forma en que los primates no humanos recién nacidos adquieren nuevas habilidades más rápidamente que los recién nacidos humanos.
"Este estudio se centró en un solo gen que difería entre los humanos modernos y nuestros parientes extintos. Ahora queremos analizar los otros 60 genes y ver qué ocurre cuando se altera cada uno de ellos, o una combinación de dos o más", explica Muotri.
"Estamos muy ilusionados con esta nueva combinación de biología de células madre, neurociencia y paleogenómica. La posibilidad de aplicar el enfoque comparativo de los humanos modernos a otros homínidos extintos, como los neandertales y los denisovanos, usando organoides cerebrales portadores de variantes genéticas ancestrales es un campo de estudio totalmente nuevo".
